硅钢片、非晶带混合立体卷铁心的单框铁心及制造方法与流程

本发明涉及非晶合金变压器技术领域，具体涉及一种硅钢片、非晶带混合立体卷铁心的单框铁心及制造方法。

背景技术：

目前，非晶合金立体三角形卷铁心变压器由于具有磁路优化、损耗低、节能效果显著、噪音低、过载能力强、空载电流少、结构紧凑、变电成本低、占地面积少、具有防盗性能等优点，已经逐步被广大用户所接受。非晶合金立体三角形卷铁心由三个互成60度夹角拼接的单框铁心组成，每个单框铁心由多层的非晶合金料带或硅钢片卷制而成。

由硅钢片、非晶带两种导磁材料卷绕而成的包括四个直部的矩形混合卷铁心，不管硅钢片和非晶带中哪种材料位于内侧或外侧，也不管两种材料的层叠厚度，这种卷铁心结构在两个直部之间的拐角处不可避免地形成了集中的剧烈弯曲变形，所以应力集中在四个拐角的弧部，应力不均匀导致卷铁心稳定性较差，在将外圈导磁材料套装在内圈导磁材料上的过程中，两层导磁材料存在的弹力给卷铁心定形造成困难，较大的卷绕拉力仍不能有效压紧卷铁心，并且还会使导磁材料的内部晶格发生改变，因此需要对两种导磁材料增加退火处理，以降低混合卷铁心的应力，稳定卷铁心的尺寸形状。

但是，由于硅钢片、非晶带这两种材料的退火温度相差悬殊，在制备混合卷铁心的过程中不能整体退火，需要先分别退火，再合并成整体，最后将两种材料的铁心进行套装。

在设计这种硅钢片、非晶带混合立体卷铁心的单框铁心的过程中，如果内圈铁心和外圈铁心的外形尺寸设计的公差大，将两者套装在一起之后内圈铁心和外圈铁心之间的间隙大，会造成混合卷铁心的铁损增大，而影响硅钢片、非晶带混合立体卷铁心的单框铁心的整体性能；如果内圈铁心和外圈铁心的外形尺寸设计的公差小，很难将内圈铁心和外圈铁心套装在一起。

因此，需要设计一种方便套装、且不影响硅钢片、非晶带混合立体卷铁心的单框铁心整体性能的硅钢片、非晶带混合立体卷铁心的单框铁心及其制造方法。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的硅钢片、非晶带混合立体卷铁心的单框铁心中内圈铁心和外圈铁心的外形尺寸难以控制、而影响混合卷铁心整体性能的技术问题，从而提供一种硅钢片、非晶带混合立体卷铁心的单框铁心及其制造方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种非晶混合立体卷铁心套装方法，包括：

外圈铁心，其中间具有第一窗口部，包括设置在所述第一窗口部四个拐角的外拐角部和连接在所述外拐角部之间的外边部；

内圈铁心，设置在所述第一窗口部的内部，其中间具有第二窗口部，包括设置在所述第二窗口部四个拐角的内拐角部和连接在所述内拐角部之间的内边部；其中，所述内拐角部的外形r角与所述外拐角部的内形r角之间的比值为1：0.72。

进一步地，所述外圈铁心和所述内圈铁心的其中一个采用硅钢片制成，另一个采用非晶合金制成。

进一步地，所述内边部的外壁与所述外边部的内壁相贴合。

进一步地，所述内圈铁心在所述第二窗口部轴向方向上的厚度自内而外依次变大，所述外圈铁心在所述第一窗口部轴向方向上的厚度自内而外依次变小。

进一步地，所述外拐角部和所述内拐角部之间具有间隙，所述间隙处具有填充材料。

另一方面，本发明还提供了一种制备如上所述的硅钢片、非晶带混合立体卷铁心的单框铁心的方法，包括以下步骤：

绕制具有四个内拐角部的且呈闭合环形的内圈铁心，并绕制制具有四个外拐角部的且呈闭合环形的外圈铁心；其中，所述外圈铁心的拐角部的内形r角和所述内圈铁心的拐角部的外形r角的比值满足0.72：1；

将所述内圈铁心和所述外圈铁心分别在所需的退火环境下进行退火处理；

将所述外圈铁心套装在所述内圈铁心的外周，采用涂胶定型固化成型。

进一步地，在所述采用涂胶定型固化内圈铁心和外圈铁心之前，还包括：采用软硅胶灌满外圈铁心和内圈铁心之间的间隙。

进一步地，所述内圈铁心由硅钢片卷绕成闭合的环形，所述外圈铁心由非晶合金在矩形内支撑结构的定形作用下卷绕成闭合的环形。

进一步地，所述内圈铁心卷绕成闭合环形后，在800℃－830℃之间进行退火处理；所述外圈铁心卷绕成闭合环形后，在350℃－370℃进行退火处理。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的硅钢片、非晶带混合立体卷铁心的单框铁心，由于内圈铁心内拐角部的外形r角与外圈铁心外拐角部的内形r角的比值是按照截面积和层叠厚度决定的，当内圈铁心的横截面积和外圈铁心的横截面积之间的比值为2：1时，层叠厚度的比值为1.38：1，该比值的反比是0.724：1；当内圈铁心的横截面积和外圈铁心的横截面积之间的比值为1：1时，层叠厚度的比值为0.718：1，该比值的反比是1.39：1；因此，将内圈铁心内拐角部的外形r角与外圈铁心外拐角部的内形r角的比值设置为1：0.72，可以为内圈铁心和外圈铁心的套装提供一定的空间，降低了对内外铁心材料尺寸精度的控制要求，大大方便了内外铁心的套装，且两者套装后在拐角位置处的间隙较小，能够抑制间隙处磁通密度的增加，从而减少铁损，提高非晶混合卷铁心的性能。

2.本发明提供的硅钢片、非晶带混合立体卷铁心的单框铁心的制备方法，通过合理设置内圈铁心的外形r角和外圈铁心内形r角之间的比值，解决了非晶带混合立体卷铁心的组装不方便、卷铁心的整体性能不稳定的问题。

3.本发明提供的硅钢片、非晶带混合立体卷铁心的单框铁心的制备方法，在外圈铁心的卷制过程中，采用内支撑结构作为支撑，能够提高卷绕成型的单框铁心的结构强度，防止退火处理时的变形；在内圈铁心和外圈铁心涂胶定型固化之前，采用软硅胶灌满外圈铁心和内圈铁心之间的间隙，也能够提高单框铁心的结构强度，确保后续单框铁心拼装形成立体卷铁心后的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的硅钢片、非晶带混合立体卷铁心的单框铁心的主视图；

图2为图1中a－a面的剖视图；

图3为本发明实施例提供的单框铁心中外圈铁心的主视图；

图4为图3中b－b面的剖视图；

图5为本发明实施例提供的单框铁心中内圈铁心的主视图；

图6为图5中c－c面的剖视图。

附图标记说明：1、外圈铁心；11、外拐角部；12、外边部；13、内形r角；2、内圈铁心；21、内拐角部；22、内边部；23、外形r角；3、间隙。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

为了便于理解，下文先对立体卷铁心、非晶合金以及现有卷铁心制作工艺一并说明。

立体卷铁心包括三个结构相同的单框，三个单框拼合后形成的三个铁心柱呈等边三角形立体排布，三相绕组套装在三个铁心柱上，成正三角形布置。由于三个铁心柱体的磁路对称分布，使得空载电流也是对称分布，卷铁心比传统的叠层式铁心具有显著的优点，整体体积更小、铁心损失减小，而立体卷铁心比卷铁心具有更多的优势。目前立体卷铁心中单框的制作采用了卷绕成形法，即将一张裁剪好的铁心片料(也叫导磁材料、带材、铁心胚材)通过卷绕设备卷制成单框铁心。

非晶合金是一种无晶体原子结构的合金，铁磁体非晶合金更易于磁化和消磁，它的磁性能已被确认更易于磁性反转。由于非晶合金的优良性能，将其作为变压器的铁心材料，拥有相比于取向硅钢片更佳的节能效果。试验显示，非晶合金立体三角形卷铁心变压器相比于取向硅钢片立体三角形铁心变压器，节能效果提升50％。但是，非晶带材的刚度不足，在卷绕时容易变形，卷绕后进行退火处理时，也容易变形，后续三个单框组装时也容易变形，使得形成的非晶合金立体卷铁心的结构强度不高，且影响铁心性能。因此，本发明实施例提出了一种硅钢片、非晶合金混合立体卷铁心的单框铁心，以解决非晶合金立体卷铁心的组装不方便、卷铁心的整体性能不稳定的问题，具体如下所述。

如图1－6所示的一种硅钢片、非晶带混合立体卷铁心的单框铁心，包括内圈铁心2和外圈铁心1，外圈铁心1套装在内圈铁心2的外周。外圈铁心1和内圈铁心2的其中一个采用硅钢片制成，另一个采用非晶合金制成。

具体的，内圈铁心2和外圈铁心1均为由铁心胚料连续卷制而成的闭合的矩形外形。外圈铁心1的中间具有镂空的第一窗口部，内圈铁心2的中间具有镂空的第二窗口部。外圈铁心1包括设置在第一窗口部四个拐角的外拐角部11和连接在外拐角部11之间的外边部12；内圈铁心2包括设置在第二窗口部四个拐角的内拐角部21和连接在内拐角部21之间的内边部22。内边部22的外壁与外边部12的内壁相贴合。内拐角部21的外形r角23与外拐角部11的内形r角13之间的比值为1：0.72。

本发明提供的硅钢片、非晶带混合立体卷铁心的单框铁心，由于内圈铁心2内拐角部21的外形r角23与外圈铁心1外拐角部11的内形r角13的比值是按照截面积和层叠厚度设定的，当内圈铁心2的横截面积和外圈铁心1的横截面积之间的比值为2：1时，层叠厚度的比值为1.38：1，该比值的反比是0.724：1；当内圈铁心2的横截面积和外圈铁心1的横截面积之间的比值为1：1时，层叠厚度的比值为0.718：1，该比值的反比是1.39：1；因此，将内圈铁心2内拐角部21的外形r角23与外圈铁心1外拐角部11的内形r角13的比值设置为1：0.72，可以为内圈铁心2和外圈铁心1的套装提供一定的套装空间，降低了对内外铁心材料尺寸精度的控制要求，大大方便了内外铁心的套装，且两者套装后在拐角位置处的间隙3较小，能够抑制间隙3处磁通密度的增加，从而减少铁损，提高非晶混合卷铁心的性能。

在本实施例中，内圈铁心2和外圈铁心1均为由多层铁心片料绕制而成的层状结构。

在本实施例中，内圈铁心2在第二窗口部轴向方向上的厚度自内而外依次变大，外圈铁心1在第一窗口部轴向方向上的厚度自内而外依次变小。外拐角部11和内拐角部21之间具有间隙3，间隙3处采用填充材料灌满。具体的，填充材料可以为软硅胶。填充材料的设置提高了单框铁心的结构强度，能够在一定程度上降低应用中非晶带混合单框铁心因自身应力影响产生的噪音。

本发明还提供了一种硅钢片、非晶带混合立体卷铁心的单框铁心的制造方法，包括以下步骤：

步骤a、绕制具有四个内拐角部21的且呈闭合环形的内圈铁心2，并绕制制具有四个外拐角部11的且呈闭合环形的外圈铁心1；其中，外圈铁心1的拐角部的内形r角13和内圈铁心2的拐角部的外形r角23的比值满足0.72：1；

步骤b、将内圈铁心2和外圈铁心1分别在所需的退火环境下进行退火处理；

步骤c、将外圈铁心1套装在内圈铁心2的外周，采用涂胶定型固化成型。

单框铁心采用涂胶定型固化后，能够确保结构强度，也能够防止非晶碎片落入变压器线圈中导致短路。

通过合理设置内圈铁心2的外形r角23和外圈铁心1内形r角13之间的比值，在不影响混合卷铁心整体性能的基础上，使两种不同导磁材料的套装工序更加方便。

在步骤a之前，根据所需绕制内圈铁心2的四个内边部22的长度和四个内拐角部21的曲率半径，内圈铁心2中单层铁心的厚度确定铁心片料的长度数据，将硅钢片裁切出各层的铁心片料，根据铁心片料的尺寸和形状选择外形相配的内支撑结构，将铁心片料按层序摆放在内支撑结构上，沿内支撑结构由内向外连续绕制，相邻的两种不同宽度的铁心片料首尾相连，并借助于铁心片料本身的弹力，将铁心片料在内支撑结构的约束下中定形，形成闭合环形的内圈铁心2的雏形。可以按照上述同样的方法将非晶合金料带按照设计要求裁剪成若干根规格尺寸的条形非晶料带，将条形非晶料带在内支撑结构的约束下中定形，形成闭合环形的外圈铁心1的雏形。在一些实施方式中，内圈铁心2和外圈铁心1所使用的材料可以替换。

在外圈铁心1和内圈铁心2的卷绕过程中，采用内支撑结构作为支撑，能够提高卷绕成型的单框铁心的结构强度，防止退火处理时的变形。具体的方案中，内支撑结构可以呈矩形设置且与内圈铁心2或外圈铁心1一体成型，也可以为几个侧边通过焊接等固接方式拼接形成的拼接结构。

在一些实施方式中，单框铁心还包括一个以上的层间支撑架，层间支撑架设于内圈铁心2和外圈铁心1之间。在卷绕形成单框铁心的过程中，比如在外圈铁心1和内圈铁心2之间设置层间支撑架，那么在卷绕完内圈铁心2后，将层间支撑架固套于内圈铁心2的外周，在层间支撑架的外周壁上继续卷绕外圈铁心1。

在步骤b中，将内圈铁心2推进到炉内温度在800℃－830℃之间的退火炉中进行退火处理，以消除内圈铁心2的应力；将外圈铁心1推进到炉内温度在350℃－370℃之间的退火炉中进行退火处理，以消除外圈铁心1的应力。

在步骤c中，将外圈铁心1套装在内圈铁心2的外周之后，还包括采用软硅胶灌满外圈铁心1和内圈铁心2之间的间隙3。在内圈铁心2和外圈铁心1涂胶定型固化之前，采用软硅胶灌满外圈铁心1和内圈铁心2之间的间隙3，也能够提高单框铁心的结构强度，确保后续单框铁心拼装形成立体卷铁心后的性能。

综上所述，本发明实施例提供的硅钢片、非晶带混合立体卷铁心的单框铁心的制造方法，通过合理设置内圈铁心2的外形r角23和外圈铁心1内形r角13之间的比值，解决了非晶带混合立体卷铁心的组装不方便、卷铁心的整体性能不稳定的问题。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。